DE2719748C3 - Bandspannungsvorrichtung zur Aufrechterhaltung einer Bandspannung zwischen Bandspulen und einem Bandantrieb - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bandspannungsvordchtung zur Aufrechterhaltung einer Bandspannung zwischen Bandspulen und einem Bandantrieb, mit drehbaren Bandspannungsarmen, die bezüglich ihres Drehpunktes von Elektromagneten mit einem von der Bandspannungsarmstellung abhängigen Drehmoment und mittels einer Führungsrolle mit einem von der Bandspannung zwischen Bandspule und Bandantrieb abhängigen Drehmoment beaufschlagt werden und deren Drehstellung ferner über einen Stellungssensor abgefühlt und durch Steuern der Bandspannung mittels des Bandspulenantriebs in einer Solldrehstellung gehalten wird.

Für Bandtransportvorrichtungen existiert ein großer Bereich von Anwendungsfällen, der von Anwendungen in der Schwerindustrie bis hin zu Laufbildprojektoren und Magnetbandgeräten reicht Derartige Vorrichtungen werden typischerweise dann verwendet, wenn eine vergleichsweise schnelle genaue Regelung der Bandbewegung erforderlich ist Die Vorrichtungen enthalten typischerweise mindestens einen mit dem Band in Eingriff stehenden Bandantrieb zur Steuerung der Bandbewegung längs eines Bandweges sowie ein Bandspeichersystem zur Ab- und Aufwicklung des sich im Bandweg bewegenden Bandes. Zur Bildung von Bandschleifen im Bereich des Bandspeichersystems können Vakuumkammern oder Spannungsarme verwendet werden, um Beschleunigungen im Bandweg möglich zu machen, welche die Möglichkeit des Bandspeichersystems kurzzeitig überschreiten.

Die genauen Anforderungen an eine Bandtransport-Vorrichtung hängen vom speziellen Anwendungsfall ab, Auch die Anforderungen an Transportvorrichtungen für Magnetbandgeräte variieren in Abhängigkeit von dem ins Auge gefaßten Anwendungsfall in einem weiten Bereich. Beispielsweise müssen Transportvorrichtungen für Magnetbandgeräte zur digitalen Datenverarbeitung genau geregelte Beschleunigungsintervalle bei mäßig schneller Regelung im stationären Betrieb ermöglichen. Beispielsweise bei Ton-Magnetband-Geräten ist die

Beschleunigung weniger wichtig. Hierbei muß vielmehr eine sehr genaue konstante Geschwindigkeit realisiert werden können.

Insbesondere bei Transportvorrichtungen für Ton-Magnetbandgeräte sind Bandantriebe mit kleinem Durchmesser von beispielsweise 1,27 cm oder weniger in Verbindung mit einer Motoranordnung hoher Trägheit und einer Andruckrolle vorgesehen, um das Band in reibendem schlupffreiem Kontakt mit dem Bandantrieb zu halten. Der kleine Bandantrieb muß dabei schnell rotieren, um das Band auf eine Nenngeschwindigkeit anzutreiben. Die große Rotationsenergie der rotierenden Bandantriebsordnung, weiche aus der hohen Geschwindigkeit und aus hoher Trägheit resultiert, unterstützt die Aufrechterhaltung einer konstanteren Rotationsgeschwindigkeit Derartige Transportvorrichtungen für Ton-Magnetbandgeräte beschleunigen daher das Band sehr langsam, wobei gewöhnlich im Bereich der Bandspulen zwei Schleifenspannungspuffer vorgesehen sind. Bei einer typischen Transportvorrichtung für ein Ton-Magnetband»erät ist kein Puffer zwischen dem Bandantrieb und einer Aufwickelspule vorgesehen. Zwischen der Kopfanordnung und einer Abwickelspule ist lediglich ein Spannungssensor vorgesehen, der eine solche Erregung der Abwickelspule ermöglicht, daß im stationären Betrieb an der Kopfanordnung eine konstante Bandspannung aufrechterhalten werden kann.

Trotz schwerwiegender Nachteile sind bisher Transportvorrichtungen für Ton-Magnetbandgeräte mit ge- ring beschleunigenden Hochenergie-Bandantriebsregelsystemen versehen worden. Beispielsweise sind zur Beschleunigung des Bandes auf eine Nenn-Wiedergabegeschwindigkeit mehrere Sekunden und mehrere Zentimeter Band erforderlich. Will eine Bedienungsper- J5 son einen Wiedergabevorgang an einer vorgegebenen Aufzeichnungsstelle in einem gegebenen Zeitpunkt beginnen, so muß die gegebene Aufzeichnungsstelle auf dem Band in Laufrichtung mehrere Zentimeter vor dem Wiedergabekopf angeordnet und der Transport mehre- ίο re Sekunden vor dem gewünschten Wiedergabebeginn begonnen werden. Eine Fehleinstellung entweder der Bandlänge oder der Beschleunigungszeit führt zu einem Fehler der Wiedergabe an der gewünschten Bandstelle und zu dem gewünschten Zeitpunkt -*5

Die vorstehend genannten Probleme lassen sich durch Einstellung bzw. Aufrechterhaltung der Bandspannung zwischen Bandspulen und Bandantrieb weitestgehend beherrschen.

Aus der US-PS 29 85 39b ist eine Bandspannungsvor- w richtung für einen Bandtransport bekannt geworden, welche die eingangs genannten Merkmale aufweist. In dieser bekannten Bandspannungsvorrichtung wird auf die Bandspannungsarme durch eine Feder und durch einen Elektromagneten ein Drehmoment ausgeübt. Der κ Elektromagnet wird dabei durch ein elektrisches Signal erregt, das über ein Potentiometer als Funktion der Stellung des Bandspannungsarms erzeugt wird. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß das durch Feder und Hubmagnet ausgeübte Drehmoment absolut ^b0 konstant gehalten wird. Die durch den Elektromagneten ausgeübte Kraft kann dabei entweder in der gleichen oder in der entgegengesetzten Richtung wie die Federvorspjinnung wirken. Wesentlich ist dabei immer, daß die algebraische Summe aus der durch den ^hi Elektromagneten und der durch die Feder ausgeübte Kraft konstant ist. Eine derartige Vorrichtung hat den Nachteil, daß das Ansprechvermögen bei plötzlich zu- oder abnehmender Bandspannung nicht mehr schnell genug ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bandspannungsvorrichtung der in Rede stehenden Art mit schnellerem Ansprechvermögen anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einer Bandspannungsvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektromagneten mit von der eingestellten Bandtransportbetriebsart abhängigem Strom gespeiste Drehmagneten sind, deren magnetischer Widerstand von der Drehstellung des Rotors abhängig ist, und daß das von den Drehmagneten ausgeübte Drehmoment bei durch zunehmende Bandspannung bewirkter Drehung abnimmt und bei durch abnehmende Bandspannung bewirkter Drehung zunimmt

Speziell für ein professionelles Ton-Magnetbandgerät mit einem Paar von Bandspulen für ein Magnetband, bei dem ein Spulen-Erregungssystem d:^· Spulen derart steuert daß die Spannungsarme zwischen langen und kurzen Schleifengrenzstellungcn in Nennstellungen gehalten werden, werden diese Nennstellungen so gewählt daß die Spannungsarme senkrecht zu der Bandlinii* orientiert sind, wenn auf der jeweils zugehörigen Spule ein Bandwickel mit einem mittleren Durchmesser gespeichert ist Bei dieser Ausgestaltung ist der Drehmomentarm des zur Spule laufenden Bandsegmentes maximal und nimmt mit Abweichungen des Bandwickels vom mittleren Durchmesser ab. Ist jedoch der Abstand zwischen den Tangentenpunkten des Bandes am Bandwickel und am Spannungsarm größer als die Änderungen im Bandwickeldurchmesser, so sind die Spannungsändemngen noch klein, so daß Konstantspannungsführungen zwischen den Spannungsarmen und den Spulen zur Sicherstellung eines konstanten Umschlingungswinkels des Bandes um die Spannungsarme entfallen können. Darüber iiinaus sind die Änderungen der Bandspannung an den beiden Spannungsarmen nahezu gleich, wodurch die Aufrechterhaitung einer gleichen Spannung im Bereich des Bandantriebes unterstützt wird. Die Orientierung der Bandspannungsarme relativ zu symmetrischen Spann- und Bandantriebsrollen ist so gewählt, daß das durch ein Bandteil zwischen Bandspannungsarm und Rolle auf den Bandspannungsarm ausgeübte Drehmoment zunimmt, wenn ein Bandspannungsarm zur Vergrößerung der Bandschleifenlänge nach innen rotiert.

Zusätzliche Vorteile ergeben sich aus der Regelung des Bandspannungsarm-Drehmomentes als Funktion der Bandlaufrichtung, wodurch Kopfreibung kompensierbar und die Aufrechterhaltung einer abgeglichenen Spann-.if am Bandbetrieb weiter unterstützbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform eines professionellen Ton-Magnetbandgerätes teils in ebener Darstellung und teils als Blockschaltbild,

F i g, 2 eine teilweise weggebrochene ebene Darstellung eines Teils des Gerätes nach Fig. I mit jinem Spannungsarm und einem Drehmomentwandler,

F i g. 3 ein Schaltbild einer Erregungssteuerschaltung zur Steuerung der Erregung des Drehmomentwandlers nach F i g. 2 und

Fig.4 ein Diagramm, aus dem der Zusammenhang zwischen Bandspannung und Spannungsarm-Drehmoment für einen Bandschleifen-Spannungsarm ersichtlich

Gemäß Fig. 1 besitzt ein professionelles Ton-Ma gnetbandgerät 10 eine Abwickelspule 12, welche einen ersten spiralförmigen Wickel 14 eines Magnetbandes 16 trägt, sowie eine Aufwickelspule 18, welche einen zweiten spiralförmigen Wickel 20 des Magnetbandes 16 trägt. Die Spulen 12 und 18 sind nebeneinander montiert und rotieren um Achsen 20 und 24, welche auf einer horizontal verlaufenden Spulenlinie 26 liegen. Ein Abwickelspulen-Erregungssystem 28 versetzt die Ab wickelspule 12 als Funktion eines von einem Stellungssensor 32 kommenden Spannungsarm-Stellungssignals 30 in Rotation. Der Spannungssensor 32 erfaßt die Rotationsstellung eines Bandspannungsarms 34 auf der Abwickelseite und erzeugt das Spannungsarm-Stellungssignal 30 als MaQ für die Rotationsstellung. Das Spulen-Erregungssystem 28 spricht auf das Stellungssignal 30 an, um die Abwickelspule 12 und den Bandwickel i4 derari in zwei Richtungen anzutreiben, daß der Spannungsarm 34 in einer zentralen Nennstellung zwischen einer langen und einer kurzen Schleifengrenzstellung gehalten wird. Entsprechend erhält ein Spulen-Erregungssystem 40 ein Spannungsarm-Stellungssignal 42 von einem Stellungssensor 44, das ein Maß für die Rotationsstellung eines Bandspannungsarms 46 auf der Aufwickelseite ist, wodurch die Aufwickelspule 18 und der Bandwickel 20 so in zwei Richtungen angetrieben werden, daß der Spannungsarm 46 beim Lauf des Bandes 16 mit stationärer Geschwindigkeit auf einem Bandweg zwischen dem Spannungsarm 34 auf der Abwickelseite und dem Spannungsarm 46 auf der Aufwickelseite in einer zentralen Nennstellung gehalten wird.

Die Spannungsarme 34 und 46 können im Spannangsarmachsen 48 und 50 rotieren, welche auf parallel zur Spulenlinie 26 verlaufenden Spannungsarmlinie 52 in gleichem Abstand von den Spulenachsen 22 und 24 angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Achsen 48 und 50 ist kleiner als der Abstand zwischen den Achsen 22 und 24.

Eine Bandantriebsrolle (Spannrolle) 54 und eine weitere Bandantriebsrolle 56 rotieren um eine Rollenachse 58 bzw. 60. Diese Rollenachsen 58 und 60 sind in gleichbleibendem Abstand von den Spulenachsen 22 und 24 auf einer Rollenlinie 62 angeordnet, welche parallel zur Spulenlinie 26 und zur Armlinie 52 verläuft, wobei die Armlinie 52 zwischen der Rollenlinie 62 und der Spulenlinie 26 liegt. Der Abstand zwischen den Rollenachsen 58 und 60 ist größer als der Abstand zwischen den Armachsen 48 und 50 und kleiner als der Abstand zwischen den Spulenachsen 22 und 24. Die Rollen 54 und 56 besitzen zylindrische Bandantriebsflächen mit gleichen Durchmessern, wodurch für den durch das Band 16 definierten Bandweg symmetrische Verhältnisse gewährleistet sind. Die Rollen 54 und 56 besitzen relativ große Durchmesser, welche größer als 331cm und vorzugsweise etwa gleich 6.03 cm sind. Dieser relativ große Durchmesser ermöglicht eine Steuerung der Bewegung des Bandes 16 längs des Bandweges durch die Bandantriebsrolle 56 in allen Betriebsarten einschließlich des Vorwärts- und Rückwärtslaufens mit großer Geschwindigkeit sowie des Aufzeichnungs- und Wiedergabebetriebs mit normaler Geschwindigkeit. Die Bandantriebsbewegung wird durch ein Bandantrieb-Erregungssystem 64 als Funktion von Steuersignalen gesteuert weiche von einer Bedienungsperson über ein Bedienungstableau 66 zuführbar sind. Das Bandantrieb-Erregungssystem 64 kann einen unmittelbar angetriebenen Gleichstrom Bandantriebsmotor und einen Tachometer enthalten wodurch eine Bandantriebs-Rotoranordnung mit mittle rer Trägheit für eine wirksame Regelung im Betrieb mi ·, stationärer Geschwindigkeit gewährleistet ist. Dei große Durchmesser der Bandantriebsrolle 56 macht ei jedoch möglich, daß durch den Bandantriebsmotor de; Bandantrieb-Erregungssystems 64 Nenn-Bandge schwindigkeiten bei mittleren Motorgeschwindigkeiter

ίο erreicht werden, so daß zur Beschleunigung dei Bandantriebsrolle 56 keine zu große Energie erforder lieh ist. Bei dem in Rede stehenden Gerät ist daher ein« Kombination einer genauen Steuerung für stationäre Geschwindigkeiten mit kleinen Beschleunigungszeiter

ι· von weniger al'. 0,5 Sekunden realisierbar. Ein« Wandlerkopfanordnung 68 enthält einen Löschkopf 70 einen Schreibkopf 72 und einen Lesekopf 74, die läng! des Weges des Bandes 16 zwischen den Rollen 54 und 5f angeordnet sind und ebenso wie die Roiien 54 und 5t

:ii mit der gleichen Seite des Bandes 16 in reibender Eingriff stehen. Aufzeichnungskreise 76 steuern die Aufzeichnung bzw. Wiedergabe von Information aul das bzw. von dem an der Wandlerkopfanordnung 6f vorbeilaufenden Magnetband 16. Längs des Weges de;

.'■> Bandes 16 zwischen den Rollen 54 und 56 angeordnete Kantenführungsflächen 78, 80 und 82 führen unt kontrollieren die Stellung des an der Wandlerkopfan Ordnung i»8 vorbeilaufenden Bandes. F.in Paar von durcr Hubmagnet betätigten Hebearmen 84 und 86 könner

in das Band 16 zur Reduzierung der Abnutzung der Köpfe in der Wandlerkopfanordnung 68 bei Hin- unc Herbewegungen mit großer Geschwindigkeit von ·ίρι Wandlerkopfanordnung 68 abheben.

Durch einen Drehschalter 90 sind die Nenngeschwin·

π digkeiten des Bandes für Aufzeichnung und Wiedergabe wählbar, während das Gerät durch einen Kippschaltet 92 ein- und ausschaltbar ist. Die Bandantriebsrolle 56 isl mit einem zylindrischen Bandantriebs Handgriff 94 versehen, welcher sich aus der Ebene des Bandwege«

"i heraus erstreckt, so daß er durch eine Bedienungsperson leicht betätigbar ist. Durch diesen Handgriff 94 ist eine direkte Betätieune der Bandantriebsrolle 56 möelich. se daß das Band 16 durch eine Bedienungsperson direki längs des Bandweges bewegbar ist. Eine Bedienungs-

>"> person kann das Band 16 daher von Hand derari voreinstellen, daß die Bandantriebsrolle 56 in einfacher Weise gedreht wird, ohne daß dabei die Spulen 12 und 18 berührt werden, welche zur Abwicklung und Aufwicklung des Bandes 16 automatisch erregt werden.

vi Auf den Bandspannungsarmen 34 und 46 sind Führungsrollen 102 und 104 montiert, welche um Führungsachsen 106 und 108 rotieren. Diese Führungsachsen 106 und 108 sind im Abstand von den Armachsen 48 und 50 angeordnet. Das Band 16 läuft von den

y> entsprechenden Bandwickeln 14 und 20 auf geradlinigen Bandwegen 110 und 112 ohne Zwischenführung direkt zu den Führungsrollen 102 und 104. Von der Führungsrolle 102 läuft das Band 16 direkt zur Spannrolle 54, an der es einem Umschlingungswinkel

*" von etwa 143° unterworfen ist, und sodann über die Wandlerkopfanordnung 68 zur Bandantriebsrolle 56. An der Bandantriebsrolle 56 besitzt das Band 16 einen Umschlingungswinkel von etwa 134°, wodurch die Symmetrie des Bandweges gewährleistet wird, bevor

*"' das Band direkt zur Führungsrolle 104 und sodann direki längs des geradlinigen Bandweges \\2 tangential auf den Außenumfang des spiralförmigen Bandwickels 20 läuft.

Das durch das Band 16 auf einen Bandspannungsarm 34 oder 46 ausgeübte Drehmoment ist gleich dem Produkt aus der Bandspannung und dem Abstand zwischen einem eisten geradlinigen Bandsegment auf einer Seile und der Roltilionsachse plus dem Produkt aus der Bandspannung und dem Abstand zwischen einem geradlinigen Bandsegment auf der anderen Seite und do Rotationsachse. Beispielsweise ist ein erster Teil des auf den Bandspannungsarm 34 um die Achse 48 ausgeübten Drehmoments gleich dem Produkt aus Bandspannting und dem Abstand zwischen dem geradlinigen Bandweg 116 und der Achse 48. Ersichtlich ist dieser Abstand für die Nennstellung des Armes 34, in der die gerade Linie 116 nahe der Achse 48 verläuft, klein. Bewe:gt sich der Arm 48 jedoch gegen eine längere Schleifenstellung nach innen, so wird die Drehmoment-Armlänge, welche senkrecht zur Linie 116 gemessen wird, größer, wie dies durch eine andere

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angedeutet ist.

Solange der Spannungsarm 34 in fester Beziehung zur Rolle 54 in seiner Nennstellung bleibt, bleibt das durch eins Bandsegment im Bandweg 116 auf den Arm 34 um die Achse 48 ausgeübte Drehmoment konstant und induziert keine Änderungen in der Bandspannung.

Andererseits ändert sich der Winkel des Bandsegmentes 110 mit dem Bandwickeldurchmesser, wodurch Änderungen in der Bandspannung induziert werden. In bekannten Geräten können diese Spannungsänderungen in einem Verhältnis von 3 : 1 variieren. Daher wird längs iis Biindwegs 110 eine Konstantspannungs-Bandführung vorgesehen, um Änderungen der Bandspannung als Funktion des Durchmessers des Wickels 14 zu vermeiden. Diese großen Änderungen der Bandspannungen können sehr leicht zu einem Schlupf des Bandes 16 auf der itandantriebsrolle 56 führen. Solange jedoch der Abstand zwischen den Tangentenpunkten des Bandwegs 110 mit der Führung 102 und dem Wickel 14 größer als die Änderungen des Spulenradius ist, der Abstand zwischen dem Bandweg 110 und der Achse 48 maximal ist, wenn der Spannungsarm 34 in seiner Nennstellung steht und der Wickel 14 einen Zwischenuurchmesser von eiwa der Haine zwischen dem größten und dem kleinsten Durchmesser besitzt, sind Änderungen in der Bandspannung klein, so daß die zusätzliche Führung zur Vereinfachung des Bandweges und zur Kostenreduzierung entfallen kann. Dieser Sachverhalt wird im folgenden noch genauer erläutert.

Zusätzlich zu der durch die richtige Einstellung der Spannungsarme 34 und 46 erreichten Gleichförmigkeit der Bandspannung im Bereich der Bandantriebsrolle 56 auf ihren beiden Seiten dadurch noch weiter abgeglichen werden, daß das auf die Spannungsarme 34 und 46 wirkende Drehmoment durch ein Spannungsarm-Erregungssystem 124 selektiv gesteuert' wird. Dieses Spannungsarm-Erregersystem 124 enthält elektromagnetische Drehmomentwandler, welche als Funktion von Spannungsregelsignalen ein Drehmoment auf die Spannungsarme 34 und 46 um die Achsen 48 und 50 ausüben. Die Spannung kann daher als Funktion der Bandbewegungsrichtung oder als Funktion anderer Bandtransport-Betriebsbedingungen so gesteuert werden, daß Änderungen in der Bandspannung an der Bandantriebsrolle 56, welche aus durch die Wandlerkopfanordnung 68 hervorgerufenen Reibungskräfte resultieren und von der Bandlaufrichtung abhängen, neutralisiert werden. Durch Aufrechterhaltung einer konstanten Bandspannung über der Bandantriebsrolle

56 unabhängig vom Bandwickeldurchmesser und von der Bandlaufrichtung entsteht kein Bandschlupf an der Bandantriebsrolle 56, auch wenn der Bandumschlingungswinkel relativ klein ist und die Bandantriebsrolle 56 keine stark reibende federnde Gummiauflage besitzt. Beispielsweise kann die Bandantriebsrolle 56 eine harte, nicht federnde Bandangriffsfläche aus keramischem Material, wie beispielsweise Aluminiumoxid, besitzen. Beschädigungsprobleme und eine spezielle Reinigung für mit Gummi versehene Bandantriebsflächen werden daher vermieden, wobei gleichzeitig eine zweckmäßige Bandkonfiguration ohne großen Umschlingungswinkel des Bandes 16 um die Bandantriebsrolle 56 realisierbar ist.

Fig. 2 zeigt einen elektromagnetischen Drehmomentwandler 126 in Form eines rotierenden Elektromagneten mit variablem magnetischen Widerstand. Dieser Drehmomentwandler ist hinter einer teilweise lypcrrrpHrrkrihAn fiarnAdAJIton Γ}*»ί*|τΓ\ΙαΜρ 137 anaAnrH.

net und besitzt einen magnetischen Stator 128 sowie einen Rotor 130, der mittels Nieten oder Schrauben 131 mit dem Bandschleifen-Spannungsarm 34 auf der Abwickelseite gekoppelt ist, so daß auf diesen Spannungsarm 34 ein Drehmoment um die Spannungsachse 48 ausübbar ist. Der Stator 128 bildet auf beiden Seiten des Rotors 130 einen zusammenhängenden lamellierten magnetischen Weg, wobei er durch Wicklungen 132 und 134 magnetisch erregt wird. Die Wicklungen 132 und 134 werden ihrerseits durch ein Spannungssteuersignal 136 in Form eines gesteuerten Stroms erregt. Abwechselnde Lamellen enden längs geraden Linien 137 und 138, welche Tangenten an die Krümmung des Stators 128 im Bereich des Rotors 130 bilden. Wenn der Arm 34 und der Rotor 130 im Uhrzeigersinn in Richtung auf eine kürzere schleifenstellung rotieren, so nimmt der effektive Luftspalt zwischen dem Stator 128 und dem Rotor 130 zu, so daß das durch den Drehmomentwandler 126 auf den Arm 34 ausgeübte Drehmoment für ein gegebenes Spannungsregel-Stomsignal abnimmt. Eine Rotation im Gegenuhrzeigersinn erzeugt ein vergrößertes Drehmoment, das die Zunahme des effektiven Drehmomentarms des geradlinigen Bandsegmems i iö um die Achse 4β fur eine Drehung des Arms 43 im Gegenuhrzeigersinn kompensiert. Für verschiedene Rotationsstellungen des Arms 34 wird auf diese Weise an diesem Arm eine konstante Bandspannung aufrechterhalten, um eine abgeglichene Bandspannung auf beiden Seiten der Bandantriebsrolle 56 sicherzustellen. Damit wird ein Bandschlupf vermieden. Der Drehmomentwandler 126 ersetzt einen typischerweise für einen Bandspannungsarnr vorgesehenen Federmechanismus, um ein Drehmoment zu erzeugen, das als Funktion der Bandbetriebsbedingüngen im Magnetbandgerät 10 geeignet gesteuert werden kann. Die elektromagnetischen Funktionszusammenhänge für den Drehmomentwandler 126 sind in »Electromagnetic Devices« von Herbert C. Rotors, 1. Auflage, Seiten 204 und 205, erschienen bei Wiley & Sons, I nc, New York, 1941, beschrieben.

Fig.3 zeigt eine Erregungssteuerschaltung 140 zur Steuerung der Erregung des Drehmomentwandlers 126 auf der Abwickelseite und des Drehmomentwandlers 142 auf der Aufwickelseite. Der Elektromagnet des Drehmomentwandlers 126 besitzt eine erste an +20 Volt liegende Klemme sowie eine zweite Klemme für das Spannungsteuersignal 136, die mit einem Treiberverstärker 144 gekoppelt ist, der den Drehmomentwandler 126 als Funktion einer über einen Koppel-

ίο

widerstand 146 von 16 IC gelieferten Steuerspannung erregt. Parallel zum Drehmomentwandler 126 liegt eine Diode 148.

Entsprechend besitzt der Drehmomentwandler 142 eine erste an +20 Volt liegende Klemme sowie eine zweite Klemme für ein Spannungssteuersignal 150, das als Funktion ei^er über einen Koppelwiderstand 154 von 16 K gelieferten Steuerspannung in Form eines Stomsignals durch einen Treiberverstärker 152 erzeugt wird. Parallel zum Drehmomentwandler 142 liegt eine Diode 156. Da die Treiberverstärker 144 und 152 identisch sind, ist lediglich der Treiberverstärker 152 im Detail dargestellt. Er enthält einen Operationsverstärker 158 mit großer Steuerspannungsverstärkung, der nicht invertierend geschaltet ist, wobei sein nicht invertierender Eingang über einen Widerstand 116 von 100 K und den Schieber eines Potentiometers 162 von 10 K an den Kopplungswiderstand 154 angekoppelt ist. Das Potentiometer 162 ermöglicht eine Feinjustierung des durch den Drehmomentwandler 142 erzeugten Drehmoments. Bevorzugt erfolgt die Justierung so, daß das Bandgerät bei mittlerern Bandwickeldurchmessern sowohl auf der Abwickelspule als auch auf der Aufwickelspule im Vorwärtslauf betrieben wird. Ein (nicht dargestelltes) Potentiometer im Treiberverstärker 144, das dem Potentiometer 162 äquivalent ist, wird so einjustiert, daß sich eine gewünschte Bandspannung über der Wandlerkopfanordnung 68 ergibt. Diese Bandspannung wird durch einen Bandspannungssensor angezeigt, welcher Teil eines Prüfgerätes und daher nicht Teil des Bandgerätes 10 ist. Das Potentiometer 162 wird sodann so justiert, daß auf beiden Seiten der Bandantriebsrolle 56 keine Bandspannungsdifferenz vorhanden ist.

Der invertierende Eingang des Verstärkers 158 ist über einen Widerstand 164 von 100 K an einen Stromfühlwiderstand 166 vom 1 Ohm angekoppelt. Der Verstärker 158 liefert daher solange ein positives Ausgangssignal, bis der durch den Widerstand 166 fließende Strom am invertierenden Eingang ein Potential erzeugt, das gleich dem Potential am nicht

. aiuuitt

daher als Spannungs-Stromwandler, um im Elektromagneten des Drehmomentwandlers 142 einen Strom in Form des Spannungssteuersignals 150 zu erzeugen, welcher einem eingespeisten Spannungssignal linear proportional ist. Der Ausgang des Verstärkers 152 ist an die Basis eines npn-Transistors 168 angekoppelt, dessen Emitter an die Basis eines npn-Transistors 170 angekoppelt ist. Der Kollektorstrom des Transistors 170 stellt das Spannungssteuersignal 150 für den Elektromagneten 142 des Drehmomentwandlers dar. Spannungsteilernetzwerke 174 und 176 liefern die gesteuerten Spannungen für die Treiberverstärker 144 und 152. Das Spannungsteilernetzwerk 174 enthält einen Widerstand 178 von 1 K, der zwischen +5 Volt und einen Summationsverbindungspunkt 180 geschaltet ist Dieser Summationsverbindungspunkt liefert die Regelspannung für das Spannungssteuersignal 136. Der Verbindungspunkt 180 ist direkt an ein logisches Invertergatter 182, Ober einen Widerstand 184 von 510 Ohm an ein logisches Invertergatter 186, über einen Widerstand 188 von 240 Ohm an ein logisches Invertergatter 190, Ober einen Widerstand 192 von 360 Ohm an ein logisches Invertergatter 194. über einen Widerstand 196 von 330 Ohm an ein logisches Invertergatter 198 und übe" einen Widerstand 200 von 220 Ohm an ein logisches Invertergztter 202 angekoppelt Entsprechend enthält der Spannungsteiler 176 einen Widerstand 210 von 1 K, welcher zwischen +5 Volt und einen Summationsverbindungspunkt 212 geschaltet ist. Dieser Summationspunkt 212 ist direkt an ein logisches Invertergatter 214, über einen Widerstand 216 von 430 Ohm an ein logisches Invertergatter 218, über einen Widerstand 220 von 270 Ohm an ein logisches Invertergatter 222, über einen Widerstand 224 von 430 Ohm an ein logisches Invertergatter 226, über einen Widerstand 228 von 270

ίο Ohm an ein logisches Invertergatter 230 und über einen Widerstand 232 von 220 Ohm an ein logisches Invertergatter 234 angekoppelt.

Die Koppelwiderstände und die logischen Invertergatter arbeiten als spezieller Digital-Analogkonverter, wodurch an den Summationsverbindungspunkten 180 und 212 als Funktion von eingespeisten Digitalsignalen Spannungen erzeugt werden.

Ein Ausgang eines UND-Gatters 240 ist an die Inverter 186 und 218, ein Ausgang eines UND-Gatters 241 an die Inverter 190 und 222, ein Ausgang eines UND-Gatters 242 an die Inverter 194 und 226 und ein Ausgang eines UND-Gatters 243 an die Inverter 198

und 230 angekoppelt.

Das Komplement SVO eines Einschaltservosignals wird in den Eingang der Invertergatter 182 und 214 eingespeist.

Im Bereitschaftsbetrieb, in dem die Servokreise unwirksam sein sollen, liegt das Signal SVO tief, so daß ein Komplement hoch und das Ausgangssignal der

in Invertergatter 182 und 214 tief liegt, wodurch die Summationsverbindungspunkte 180 und 212 auf Erdpotential gezogen werden. Daraus resultiert ein Stromfluß Null durch die Elektromagneten 126 und 142 der Drehstromwandler, so daß kein Drehmoment in den

J5 Spannungsarmen erzeugt wird. Bei normalen Betriebsbedingungen liegt das Einschaltservosignal 5VO hoch, d. h. sein Komplement liegt tief, wodurch die Invertergatter 182 und 214 abgeschaltet werden. Damit können die anderen Invertergatter Strombefehlssignale als Funktion des Betriebszustandes des Bandgerätes 10 steuern.

Dä3 iCcrupicillcni STC eines Siuppuciclii^igliaia

wird über ein Invertergatter 246 auf einen Eingang eines NAND-Gatters 248 gegeben, während das Komplement MTS eines Bewegungssensorsignals auf den anderen Eingang des NAND-Gatters 248 gegeben wird. Ein Ausgangssignal STOP des NAND-Gatters 248 liegt damit tief, wobei ein Stopp-Zustand angezeigt wird, wenn ein Band-Stopp eingegeben wird und die Bandbewegung tatsächlich gestoppt ist. Ein NAND-Gatter 250 nimmt das 57'OP-Signal und ein Komplement PEC eines Wiedergabebandschnitt-Steuersignals auf, um ein Ausgangssignal PEC + STOP zu erzeugen. Dieses Signal wird durch ein Invertergatter 252 invertiert um die UND-Gatter 240 bis 243 als Funktion eines Wiedergabebandschnitt-Befehls und eines Stoppbefehls zu sperren und diese UND-Gatter 240 bis 243 bei normalem Bandlauf durchzuschalten.
Im Stopp-Zustand wird das hochliegende Ausgangssignal des NAND-Gatters 250 auf den Eingang des Invertergatters 202 und über ein UND-Gatter 254 auf den Eingang des Invertergatters 234 gegeben. Die Invertergatter 202 und 234 sind über relativ kleine Widerstände von 220 Ohm an die Summationsverbindungspunkte 180 bzw, 2!2 angekoppelt, um gleiche relativ kleine Steuerspannungen für die Treiberverstärker 144 und 152 zu erzeugen, wodurch in den Bandschleifen-Spannungsarmen während eines ee-

stoppten Bereitschaftsbetriebes relativ kleine Drehmomente hervorgerufen werden. Bei einem Wiedergabejandschnitt-Befehl wird für den Spannungsarm 34 auf der Abwickelseite das gleiche kleine Drehmoment erzeugt, während das UND-Gatter 254 das Signal für das Invertergatter 234 blockiert, so daß der Summationsverbindungspunkt 212 ein maximales Befehlssignal von 5 Volt erhält Für den Bandschleifen-Spannungsarm 46 wird daher ein maximales Drehmoment erzeugt, so daß dieser Arm gegen die Bandantriebsrolle 56 gedruckt wird und als Andruckrolle wirkt, wobei das Band 16 zwischen der Führungsrolle 104 und der Bandantriebsrolle 56 eingeklemmt ist.

Bei normaler Bandbewegung liegt das Ausgangssignal des NAND-Gatters 250 tief, wodurch die UND-Gatter 240 bis 243 wirksam geschaltet werden. Eines dieser UND-Gatter ist als Funktion eines Bandrichtungssignals TDR und eines Bandhreiten-Refehlssignals T^-WCVoII durchgeschaltet. Für ein Band mit einer Breite vin 0,635 cm liegt das Signal TWC hoch, wodurch die UND-Gatter 241 und 243 wirksam geschaltet werden, während das Signal TWC für ein Band mit einer Breite von 1,27 cm tief liegt, wodurch die UND-Gatter 240 und 242 wirksam geschaltet werden. Das Signal TDR schaltet die Gatter 241 und 243 für die Vorwärtslaufrichtung wirksam, während die UND-Gatter 240 und 242 für die Rückwärtslaufrichtung wirksam geschaltet werden.

Wird beispielsweise ein Band mit einer Breite; von 1,2? cm verwendet und läuft dieses Band in Vorv/ärtsrichtung, so ist das UND-Gatter 242 voll durchgeschaltet, um ein hoch liegendes Ausgangssignal zu erzeugen. Das UND-Gatter 240 wird in Rückwärtsrichtung durchgeschaltet. Für den Spannungsarm auf der Bandaufwickelseite ist der Summationspunkt 212 für beide Laufrichtungen über den Widerstand 216 oder 224 von 430 Ohm an Erde gekoppelt, wobei das einwirkende Drehmoment und damit die Bandspannung für beide Laufrichtungen des Bandes 16 gleich bleiben. Die Spannung wird auf dem gleichen Wert gehalten, da die Reibung im Bandweg die Bandspannung auf der Aufwickeiseite der Bandantnebsrolte als hunktion der Bandlaufrichtung nicht ändert Andererseits modifiziert die Wandlerkopfanordnung 68 jedoch die Bandspannung auf der Abwickelseite der Bandantriebsrolle als Funktion der Bandbewegungsrichtung. Bei Vorwärtslauf schaltet das Invertergatter 226 ein Signal auf den Widerstand 224 von 430 Ohm, urr ein mittleres Drehmoment für die Aufwickelspuie zu erzeugen, während das Invertergatter 194 ein Signal auf den Widerstand 192 von 360 Ohm schaltet, um ein geringfügig kleineres Drehmoment für die Abwickelspule zu erzeugen. Auf der Abwickelseite der Bandantriebsrolle 56 ist die Bandspannung im Bereich dieser Rolle gleich der Spannung des Spannungsarm 34 auf der Abwickelseite plus der durch die Kopfreibung hervorgerufenen Spannung, um die etwas größere Spannung des Spannungsarms auf der gegenüberliegenden Aufwickelseite zu kompensieren. Andererseits wird für den Rückwärtslauf des Bandes 16 durch das UND-Gatter 240 ein Signal auf den Widerstand 216 von 430 Ohm geschaltet und die gleiche Spannung des Spannungsarms auf der Aufwickelseite aufrechterhalten, während das Invertergatter 188 ein Signal auf den größeren Widerstand 184 schaltet, um die Spannung des Spannungsanns auf der Abwickelseite zu erhöhen. Allerdings wird diese höhere Spannung des Spannungsarms 34 auf der Abwickelseite durch die Reibung an der Wandlerkopfanordnung 68 vermindert, wobei die Spannung an der Bandantriebsrolle 56 auf der Abwickelseite gleich der Spannung auf der Aufwickelseite bleibt. Im Bereich der Bandantriebsrolle 56 werden daher auf beiden Seiten für beide Laufrichtungen unabhängig von unterschiedlichen Reibungseffekten der Wandlerkopfanordnung 68 für verschiedene Laufrichtungen des Bandes 16 im Bandweg zwischen den Spannungsarmen 34 und 46 gleiche Bandspannungen aufrechterhalten. Bei Verwendung eines Bandes mit einer Breite von 0,635 cm gelten mit der Ausnahme, daß die Bandspannungen bis zu einem gewissen Grad reduziert sind, die gleichen Gesichtspunkte.

Gemäß F i g. 4 besitzt die Spannrolle 54 einen Radius

π Ri = 3,03 cm und die Führungsrolle 102 einen Radius Rg = 1,03 cm, während der Abstand zwischen den Achsen 58 und 106 der Rollen 54 und 102 gleich 4,26 cm IQt Πργ AHctanri 7YLMcnh*»n Hai· Führun^sroHen-Achss 106 und der Abwickelspulen-Achse 22 ist gleich 20,97 cm. Der Spannungsarm 34 besitzt eine Nennstellung von etwa 30° in bezug auf die Vertikale. Für diese Orientierung ist der Winkel θ zwischen der Mittellinie zwischen den Achsen 58 und 106 und dem geradlinigen Bandabschnitt 116 zwischen der Führungsrolle J02 und der Rolle 54 gleich 72,58°, der Winkel ψ zwischen der Mittellinie zwischen den Achsen 58 und 106 und der Vertikalen gleich 6,17°, der Winkel ο zwischen dem geradlinigen Bandabschnitt 116 und der Horizontalen gleich 11,25° und üer Winkel Φ zwischen der Mittellinie

3i) zwischen den Achsen 58 und 106 und einer senkrechten Linie vom geradlinigen Bandabschnitt 116 zur Achse 58 gleich 17,42°. Der Drehmomentarm R\, welcher zwischen der Führungsrolle 102 und der Spannrolle 54 senkrecht zum geradlinigen Bandabschnitt 116 verläuft,

« kann daher zu einer Länge von 3,39 cm berechnet werden, so daß das durch das Bandsegment längs der Linie 116 auf den Spannungsarm 34 um die Achse 48 ausgeübte Drehmoment gleich 3,39 mal der durch die Bandspannung an der Führungsrolle 102 ausgeübten Kraft ist.

Das um die Spannungsarmachse 48 durch das Bandsegment längs der Linie 110 ausgeübte Drehmoment kann als Funktion des Spulenradius r bereuinet werden. Der spiralförmige Bandwickel 14 besitzt in

•»5 Fig. 4 einen mittleren Radius, bei dem der geradlinige Bandabschnitt längs der Linie 110, welcher sowohl zum Bandwickel 14 als auch zur Führungsrolle 102 tangential verläuft, senkrecht auf einer Radiallinie Ra steht, die zwischen der Spannungsarmachse 48 und der Führungsrollenachse 106 verläuft und die Linie Ra im Tangentenpunkt an der Führungsrolle 102 schneidet. Für diesen mittleren Bandwickeldurchmesser ist der Drehmomentarm R 2 gleich dem Spannungsarmradius Ra = 3,15 cm minus dem Führungsroüenradius Rg = 1,03 cm oder 2,12 cm. Das gesamte um die Achse 48 ausgeübte Drehmoment ist daher gleich 339 t + 2,12 f, wobei t die Spannung im Band 16 bedeutet

Wie jedoch durch einen anderen Bandweg 260 und einen anderen Drehmomentarm 262 für größere Bandwickeldurchmesser und einen anderen Bandweg 264 und einen anderen Drehmomentarm 266 für kleinere Bandwickeldurchmesser angedeutet ist, nimmt die Drehmomentannlänge für Bandwickeldurchmesser ab, weiche entweder kleiner oder größer als der mittlere Bandwickeidurchmesser sind, für den sich der senkrechte Zusammenhang zwischen dem Bandweg 110 und der Spannungsarm-Mittellinie Ra ergibt Solange jedoch der Bandweg HO zwischen den TaneentialDunkten an

der Führungsrolle 102 und dem Bandwickel 14 größer als die Gesamtänderung des Bandwickelradius Arbleibt, bleiben die Änderungen in der Drehmomentannlänge und damit in der Bandspannung, welche für einen Drehmomentabgleich erforderlich sind, noch zulässig. Es hat sich gezeigt, daß sich die Spannung pro Drehmomenteinheit um weniger als ±7% für sich zwischen .5,72 und 17,78 cm ändernde Bandwickelradien ändert, wenn der mittlere Radius, bei dem sich der senkrechte Zusammenhang zwischen Spannungsarm 34 und Bandwegsegment 110 ergibt, etwa gleich 8,89 cm gewählt wird. Da darüber hinaus sowohl bei großem als auch bei kleinem Bandwicke! eine Tendenz zur Erzeugung einer größeren Bandspannung besteht, bleibt die Spannung auf beiden Seiten im Bereich der Bandantriebsrolle für alle Bandwickeldurchmesser konstant, wrm ein Bandwickel von 17,78 cm gewählt wird.

Durch richtige Einstellung und Auswahl der Spannungsarme 34 und 46 sowie der zugehörigen Drehmomentwandler-Elektromagneten 126 und 142 ist eine Steuerung und ein Abgleich der Bandsnanniing an der Bandantriebsrolle 56 auf mehrfache Weise möglich. Durch Einstellung der Arme senkrecht zur Linie rür den mittleren Bandwickeldurchmesser werden Änderungen der Bandspannung als Funktion des Bandwickelradius wesentlich reduziert, wobei sich auch eine automatische Kompensation von Änderungen ergibt, weil ein großer Bandwickelradius eine Änderung hervorruft, die in ihrer

Größe und Polarität der Änderung entspricht, welche durch einen entsprechenden kleinen Bandwickelradius in der anderen Spule hervorgerufen wird. Eine geeignete Formgebung der Luftspalte der Drehmomentwandler-Elektromagneten ermöglicht einen Abgleich des Drehmomentes im Sinne der Aufrechterhaltung einer konstanten Bandspannung an den Spannungsarmen, was Änderungen des Drehmomentes nicht entgegensteht, die durch das Band bei Änderungen in der Armstellung an den Spannungsarmen hervorgeru-

fen werden. Darüber hinaus ermöglichen die aktiv erregten und geregelten Drehmomentwandler eine Kompensation von Spannungsänderungen an der Bandantriebsrolle in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen, beispielsweise der Bandlaufrichtung. Diese

.Ό Kompensation ist im Bedarfsfall unmittelbar durchführbar, ohne daß Änderungen in der Spannungsarmsteüung zur Erzeugung von Änderungen in der Bandspannung abgewartet werden müssen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Bandspannungsvorrichtung zur Aufrechterhaltung einer Bandspannung zwischen Bandspulen und einem Bandantrieb, mit drehbaren Bandspannungsarmen, die bezüglich ihres Drehpunktes von Elektromagneten mit einem von der Bandspannungsarmstellung abhängigen Drehmoment und mittels einer Führungsrolle mit einem von der ι ο Bandspannung zwischen Bandspule und Bandantrieb abhängigen Drehmoment beaufschlagt werden und deren Drehstellung ferner über einen Stellungssensor abgefühlt und durch Steuern der Bandspannung mittels des Bandspulenantriebs in einer is Solldrehstellung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagneten (Drehmomentwandler 126, 142) mit von der eingestellten Bandtransportbetriebsart abhängigem Strom gespeiste Drehmagneten sind, deren magnetischer Widerstand von der Drehstellung des Rotors (130) derart abhängig ist, daß das von den Drehmagneten ausgeübte Drehmoment bei durch zunehmende Bandspannung bewirkter Drehung abnimmt und bei durch abnehmende Bandspannung bewirkter Drehung zunimmt

   2. Bandspannungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsann-Erregersystem (124) auf die Bandlaufrichtung im Bandweg anspricht und unterschiedliche elektrische Signale für dte Elektromagneten (126,142) liefert

   3. Bandspannungsvcv-richturr; nach Anspruch 2 mit zwei Bandspannungsarmen, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bandspr-imingsarm (46) so gesteuert ist, daß er eine größere Bandspannung aufrechterhält, wenn die Bandbewegungsrichtung im Bandweg vom zweiten (34) zum ersten Bandspannungsarm verläuft und daß der zweite Bandspannungsann (34) so geregelt ist, daß er eine größere Bandspannung aufrechterhält, wenn die Bandbewe- *o gungsrichtung vom ersten zum zweiten Bandspannungsann verläuft

   4. Bandspannungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit zwei nebeneinander angeordneten Bandspulen und zwei symmetrisch «5 dazu angeordneten Bandantriebsrollen gleichen Durchmessers, zwischen denen die Wandleranordnung angeordnet ist und mit zwei ebenfalls symmetrisch zu den Bandspulen angeordneten Bandspannungsarmen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nenn-Stellung der Bandspannungsarme (34, 46) zwischen den langen und kurzen Schleifengrenzstellungen bei Bandbewegung im Bandweg mit stationärer Geschwindigkeit und bei mittlerem Durchmesser der Bandwickel (14, 20) der Abstand « der geradlinigen Bandwege (110,112) zwischen den Bandwickeln (14,20) und den Bandspannungsarmen (46,34) von den Bandspannungsarm-Achsen (48,50) gemessen senkrecht zu diesen Bandwegen am größten ist, μ

   5. Bandspannungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandspannungsarme (34,46) relativ zu den Bandantriebsrollen (54,56) so orientiert sind, daß das Drehmoment pro Einheit Bandspannung, das durch den Bandteil zwischen den ^M Bandspannungsarmen und den Bandantriebsrollen um die Bandspannungsarm-Achsen (48,50) ausgeübt wird, zunimmt, wenn die Bandspannungsarme (34,

   46) in Richtung auf längere Bandschleifenstellungen rotieren.

   6, Bandspannungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Bandes (16) zwischen jeweils einem Bandwickel (14 bzw. 20) und jeweils einem Bandführungsende (Führungsrollen 102 bzw. 104) der Bandspannungsarme (34, 46) größer ,-Is der maximale Radius eines Bandwickels (14 bzw. 20) ist

   7. Bandspannungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandführungsenden der Bandspannungsarme (34, 48) als Führungsrollen (102,104) ausgebildet sind, die um Führungsachsen (106,108) drehbar sind, und daß eine linie zwischen der entsprechenden Führungsachse (106 bzw. 108) und der entsprechenden Bandspannungsarm-Achse (48 bzw. 50) senkrecht auf der geraden Linie (Bandweg HO bzw. 112) des entsprechenden Bandabschnittes zwischen Bandwickel (14 bzw. 20) und Führungsrolle (102 bzw. 104) steht, wenn der entsprechende Bandwickel (14 bzw. 20) eine mittleren zwischen minimalem und maximalem Durchmesser liegenden Durchmesser (halbe Speicherkapazität des Bandwickels) besitzt